[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明公开一种半导体装置及其制造方法。半导体装置包括多个主动鳍、阻障层以及多个栅极结构。主动鳍设置在基底上且在第一方向上彼此间隔开来。主动鳍中的每一者包括源极区域、漏极区域以及连接源极区域和漏极区域的沟道区域。沟道区域在不同于第一方向的第二方向上延伸。阻障层设置在主动鳍的顶面和侧壁上。栅极结构各自设置在每个主动鳍的沟道区域的顶面和侧壁上方，且阻障层夹设于栅极结构和主动鳍之间。栅极结构中的每一者包括在阻障层上的叠层以及在叠层上的金属层。金属层包括在第二方向延伸的延伸部分。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，且特别涉及高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)的一种半导体装置。

背景技术

高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)是晶体管的一种。HEMT包括由两种具有不同能隙的半导体材料所形成的异质结(hetero junction)。异质结可产生二维电子气(two dimensional electron gas，2-DEG)或二维空穴气(twodimension hole gas，2-DHG)，而可作为HEMT的导电沟道。由于HEMT具有低阻值、高击穿电压以及快速开关切换频率等优点，故在高功率电子元件的领域中受到广泛的应用。

HEMT可依据沟道的常开或常关而分别归类为空乏型(depletion mode)或增强型(enhancement mode)HEMT。增强型晶体管元件因为其提供的附加安全性以及其更容易由简单、低成本的驱动电路来控制，故在业界获得相当大的关注。

然而，当HEMT应用于高功率元件时，HEMT的漏极通常会被施加一高电压(例如大于120V)，如此需考虑到HEMT的击穿电压(breakdown voltage)以及HEMT的沟道于邻近漏极处的电场与邻近栅极处的电场差异较大而造成的一些限制，例如与沟道电场分布有关的失效时间(time to failure，TTF)。因此，包括HEMT的现有高功率元件并不完全令人满意。

发明内容

本发明提供一种半导体装置，其通过金属层包括在第二方向上延伸的延伸部分来改善半导体装置的击穿电压，使得半导体装置的操作电压能够提升。

本发明一实施例提供一种半导体装置，其包括多个主动鳍、阻障层以及多个栅极结构。主动(有源)鳍设置在基底上且在第一方向上彼此间隔开来。主动鳍中的每一者包括源极区域、漏极区域以及连接源极区域和漏极区域的沟道区域。沟道区域在不同于第一方向的第二方向上延伸。阻障层设置在主动鳍的顶面和侧壁上。栅极结构各自设置在每个主动鳍的沟道区域的顶面和侧壁上方，且阻障层夹设于栅极结构和主动鳍之间。多个栅极结构中的每一者包括叠层和金属层。叠层设置在阻障层上且包括接触阻障层的第一层以及设置在第一层上的第二层。第一层的材料不同于第二层的材料。金属层设置在叠层上且包括在第二方向延伸的延伸部分。

在一些实施例中，金属层的延伸部分沿着第二方向延伸的距离大于金属层的厚度。

在一些实施例中，金属层的延伸部分设置在每个主动鳍的沟道区域的顶面和侧壁上方。

在一些实施例中，第二层的侧壁与第一层的侧壁在平行于基底的方向上间隔开第一距离。

在一些实施例中，半导体装置还包括设置在阻障层上以及金属层与叠层之间的钝化层。钝化层具有开口，以使金属层通过开口与第二层接触。

在一些实施例中，其中第一层包括第一部分和第二部分。第一部分在垂直于基底的方向上与第二层重叠。第二部分在垂直于基底的方向上不与第二层重叠。

在一些实施例中，半导体装置还包括源极接触件以及漏极接触件。源极接触件设置在每个主动鳍的源极区域上且穿过阻障层与主动鳍接触。漏极接触件设置在每个主动鳍的漏极区域上且穿过阻障层与主动鳍接触。漏极接触件在第二方向上与金属层的延伸部分的最短距离小于漏极接触件在第二方向上与第一层的最小距离。